KR102292687B1 - Volume fraction metering apparatus and method of flowage in pipe - Google Patents
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Abstract
관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 삼상 유동을 갖는 배관 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 제1 측정부, 상기 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제2 측정부 그리고 상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 배관 내부 삼상 유동의 저항과 커패시턴스를 이용해서 각 상의 볼륨 프랙션을 연산하는 연산유닛을 포함하는 구성을 마련하여, 물과 오일, 가스의 삼상 유동을 갖는 배관 내부 각 상의 볼륨 프랙션을 동시에 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.A volume fraction measuring apparatus and method for measuring a volume fraction of a flow in a pipe, the first measuring unit measuring the resistance of the three-phase flow inside the pipe having the three-phase flow, a second measuring unit measuring the capacitance of the three-phase flow inside the pipe, and the second measuring unit A configuration including a calculation unit for calculating the volume fraction of each phase using the resistance and capacitance of the three-phase flow inside the pipe measured by the first and second measurement units is provided, and the inside of the pipe having a three-phase flow of water, oil, and gas The effect that the volume fraction of each phase can be measured simultaneously is obtained.
Description
본 발명은 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배관 내부의 가스, 오일, 물 삼상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 동시에 측정하는 볼륨 프랙션 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for measuring the volume fraction of flow in a pipe, and more particularly, to a volume fraction measuring apparatus and method for simultaneously measuring the volume fraction of each phase in a three-phase flow of gas, oil, and water inside a pipe is about
일반적으로, 해양플랜트는 원유(Oil)나 천연가스(Natural Gas)의 채굴, 생산, 수송에 사용되는 각종 해양설비가 주류를 이룬다.In general, offshore plants consist of various offshore facilities used for mining, production, and transport of crude oil or natural gas.
최근에는 육상 및 근해의 화석연료가 고갈됨에 따라 심해(subsea) 자원 확보를 위한 경쟁이 가속화되고 있다.In recent years, as land and sea fossil fuels are depleted, competition for securing subsea resources is accelerating.
해양플랜트 산업에서 가장 고도의 기술력을 요구하는 분야가 심해에서 원유 및 가스 등을 처리, 생산하는 해저생산 처리시스템(Subsea Production and Processing System)이며, 이와 같은 이유 때문에 해저생산 처리시스템은 고부가 가치 산업으로 자리 매김하고 있다.The field that requires the most advanced technology in the offshore plant industry is the Subsea Production and Processing System, which processes and produces crude oil and gas in the deep sea. is being established
원유는 일반적으로 여러 가지 구성물의 혼합물이다. 물, C1, C2, C3 등의 탄소 화합물과 더불어 SO2, CO2와 같은 샤워 컴포넌트(Sour Component), C7 이상의 헤비 컴포넌트(heavy Component) 등을 포함한다. Crude oil is usually a mixture of several constituents. Water, C 1 , C 2 , C 3 In addition to carbon compounds such as SO 2 , CO 2 It includes a shower component (Sour Component), C 7 or more heavy component (heavy component) and the like.
이러한 원유는 리저버(Reservoir)에서부터 탑사이드 퍼실리티(Topside Facility)로 이송되는 과정에서 온도, 압력 조건에 따라 다양한 상(phase)으로 존재하게 되는데, 이러한 특성을 가진 유동을 다상 유동(Multi-phase Flow)이라고 한다. Such crude oil exists in various phases depending on temperature and pressure conditions in the process of being transferred from the reservoir to the Topside Facility. A flow with these characteristics is referred to as a multi-phase flow. It is said
이중 대표적인 형태는 이상(Two-phase) 유동으로 액체(liquid)와 가스(gas)가 혼합된 형태로 흐르는 경우를 말한다. A representative form of the two-phase flow refers to a case in which a liquid and a gas flow in a mixed form.
또한, 이를 생산물을 수송하는 파이프(pipe)가 놓인 형태 및 위치에 따라, 유동은 다양한 형태로 흐르게 된다. In addition, depending on the shape and location of a pipe for transporting the product, the flow flows in various forms.
이상 유동은 단상 유동에 비해 훨씬 복잡한 거동을 보이며, 가스(gas)나 액체(liquid)의 하나의 유동과 달리, 서로 다른 밀도와 점성 차이로 인해 파이프 라인 내에서 같은 속도로 이동하지 않는다. An ideal flow shows a much more complex behavior than a single-phase flow, and unlike a single flow of gas or liquid, it does not move at the same speed in the pipeline due to different densities and viscosities.
가스와 액체의 유동 형태는 유속, 밀도, 관로 직경 및 경사에 따라 기포류(Dispersed bubble flow), 환류(Annular flow), 슬러그류(slug flow), 성층류(stratified flow) 등으로 구분할 수 있다. The flow form of gas and liquid can be classified into Dispersed bubble flow, Annular flow, slug flow, stratified flow, etc. according to flow velocity, density, pipe diameter and slope.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 다상 유동 유체의 상태를 모니터링하는 장치의 구성이 개시되어 있다. For example, the following Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a configuration of an apparatus for monitoring the state of a multiphase flowing fluid.
특허문헌 1에는 다상 유동 유체가 유동하는 파이프관, 파이프관 내측에 일부가 삽입되며 광학 렌즈를 구비하는 라만 프로브 및 라만 프로브의 다른 일부와 연결되는 라만 피크 분석부를 포함하여 파이프 내에서 유동하는 다상 유동 유체의 성분 및 조성을 측정하는 임베디드(embedded) 측정 장치가 기재되어 있다. Patent Document 1 discloses a pipe pipe through which a polyphase fluid flows, a Raman probe partially inserted into the pipe pipe and having an optical lens, and a Raman peak analyzer connected to another part of the Raman probe, and a multiphase flow flowing in the pipe. An embedded measurement device for measuring the composition and composition of a fluid is described.
특허문헌 2에는 유효 직경을 갖는 구멍들로 이루어진 적어도 한 쌍의 구멍들을 통해 관의 내부와 연통하는 초음파 유량계, 다수의 개구들을 구비하며 이 개구들 사이의 피치를 상기 구멍의 유효 직경과 함수 관계를 갖게 하고 관 내에 배치된 난류 조절기를 포함하여 관내의 유체 유량을 결정하는 장치가 기재되어 있다. In Patent Document 2, an ultrasonic flowmeter communicating with the inside of the tube through at least a pair of holes made of holes having an effective diameter, and a plurality of openings, the pitch between the openings is defined as a function relationship with the effective diameter of the hole A device for determining the flow rate of a fluid within a tube is disclosed, comprising a turbulence regulator disposed within the tube.
한편, 배관 내부 유동의 상태를 모니터링하기 위한 측정값 중에서 관내 가스/오일/물의 볼륨 프랙션(Volume Fraction) 분포는 매우 중요한 측정값이다. On the other hand, the volume fraction distribution of gas/oil/water in the pipe is a very important measured value among the measured values for monitoring the flow state in the pipe.
그러나 종래에는 가스/오일, 가스/물 등의 이상(二相) 유동에 대해, 관내에서 각 상의 볼륨 프랙션 분포를 측정하는 방법을 사용하였다. However, in the prior art, a method of measuring the volume fraction distribution of each phase in a pipe is used for a two-phase flow of gas/oil, gas/water, and the like.
즉, 가스/물의 경우에는 물이 가스에 비해서 저항이 작기 때문에, 두 물질의 저항 차이를 전기신호로 증폭시켜 관내 두 물질의 볼륨 프랙션을 산출한다. That is, in the case of gas/water, since the resistance of water is smaller than that of gas, the volume fraction of the two materials in the tube is calculated by amplifying the difference in resistance between the two materials as an electrical signal.
그리고 가스/오일의 경우에는 두 물질 모두 비전도성 물질이나, 유전율(permeability)가 다르기 때문에, 유전율 차이를 전기신호로 증폭시켜 관내 두 물질의 볼륨 프랙션을 산출한다. In the case of gas/oil, both materials are non-conductive materials, but since the dielectric constants are different, the volume fraction of the two materials in the tube is calculated by amplifying the dielectric constant difference into an electric signal.
그러나 현재까지 가스/오일/물 삼상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 동시에 측정할 수 있는 방법이 없었다. However, to date, there has been no way to simultaneously measure the volume fraction of each phase in a gas/oil/water three-phase flow.
이에 따라, 삼상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 동시에 측정할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need to develop a technology capable of simultaneously measuring the volume fraction of each phase in a three-phase flow.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배관 내부의 물, 오일, 가스 삼상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 동시에 측정할 수 있는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a volume fraction measuring device and measuring method in a pipe that can simultaneously measure the volume fraction of each phase in a three-phase flow of water, oil, and gas in a pipe will provide
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치는 삼상 유동을 갖는 배관 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 제1 측정부, 상기 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제2 측정부 그리고 상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 배관 내부 삼상 유동의 저항과 커패시턴스를 이용해서 각 상의 볼륨 프랙션을 연산하는 연산유닛을 포함하며, 상기 연산유닛은 상기 제2 측정부에서 교류신호 형태로 측정되는 제2 측정신호를 수학식 1 및 수학식 2에 대입해서 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 것을 특징으로 한다.
...[수학식 1]
...[수학식 2]
여기서, Cx는 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스, Ao는 비례상수, hw, ho, hg는 각각 물, 오일, 가스의 높이, hT는 물, 오일, 가스의 전체 높이, εw, εo, εg는 각각 물, 오일, 가스의 유전율.In order to achieve the above object, the volume fraction measuring device of the flow in the pipe according to the present invention is a first measuring unit for measuring the resistance of the three-phase flow inside the pipe having the three-phase flow, and measuring the capacitance of the three-phase flow inside the pipe and a calculation unit for calculating a volume fraction of each phase using the resistance and capacitance of the three-phase flow inside the pipe measured by the first and second measurement units, wherein the calculation unit is configured to measure the second measurement unit. It is characterized in that the volume fraction of oil and gas is calculated by substituting the second measurement signal measured in the form of an AC signal in Equations 1 and 2.
...[Equation 1]
...[Equation 2]
where C x is the capacitance of the three-phase flow inside the pipe, A o is a proportional constant, h w , h o , h g are the heights of water, oil, and gas, respectively, h T is the total height of water, oil, and gas, ε w , ε o , and ε g are the permittivities of water, oil, and gas, respectively.
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또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법은 (a) 삼상 유동을 갖는 배관 내부에 설치된 제1 및 제2 프로브를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 단계, (b) 상기 배관 내부에 설치된 제3 및 제4 프로브를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 단계, (c) 상기 제1 및 제2 프로브에서 출력되는 직류신호 형태의 제1 측정신호를 이용해서 상기 삼상 유동 중 물의 높이 및 볼륨 프랙션을 산출하는 단계 및 (d) 상기 제3 및 제4 프로브에서 출력되는 교류신호 형태의 제2 측정신호를 이용해서 상기 삼상 유동 중 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 (d)단계는 (d1) 제2 측정회로에서 교류신호 형태의 제2 측정신호를 이용해서 수학식 1에 따라 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정하는 단계 및 (d2) 상기 (d1)단계에서 측정된 커패시턴스와 물, 오일, 가스의 높이 및 유전율을 이용해서 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 (d1)단계에서 제2 측정신호의 기준 주파수(w)와 삼상 유동 주파수(W)는 w>1/CoRo, W>1/CxRx를 만족하는 것을 특징으로 한다.
...[수학식 1]
여기서, Zo는 기준 저항(R0) 및 기준 커패시터(C0)의 전체 임피던스, Zx는 삼상 유동의 임피던스, C0는 기준 커패시터의 커패시턴스, Cx는 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스, Rx는 삼상 유동의 저항, Vi2는 제2 측정신호, Vo2는 제2 측정회로의 제2 출력신호.In addition, in order to achieve the above object, the method for measuring the volume fraction of the flow in the pipe according to the present invention is (a) using the first and second probes installed inside the pipe having a three-phase flow, Measuring the resistance, (b) measuring the capacitance of the three-phase flow inside the pipe using the third and fourth probes installed inside the pipe, (c) the form of a DC signal output from the first and second probes calculating the height and volume fraction of water during the three-phase flow by using the first measurement signal of and calculating a volume fraction of heavy oil and gas, wherein step (d) comprises (d1) a second measurement signal in the form of an AC signal in a second measurement circuit according to Equation 1, three-phase flow inside the pipe Measuring the capacitance (C x ) of and (d2) calculating the volume fraction of oil and gas using the capacitance measured in step (d1) and the height and dielectric constant of water, oil, and gas, and , wherein the reference frequency (w) and the three-phase flow frequency (W) of the second measurement signal in step (d1) satisfy w>1/C o R o and W>1/C x R x .
...[Equation 1]
where Z o is the total impedance of the reference resistance (R 0 ) and the reference capacitor (C 0 ), Z x is the impedance of three-phase flow, C 0 is the capacitance of the reference capacitor, C x is the capacitance of the three-phase flow inside the pipe, R x is the resistance of the three-phase flow, V i2 is the second measurement signal, V o2 is the second output signal of the second measurement circuit.
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상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치 및 측정방법에 의하면, 삼상 유동을 갖는 배관 내부에 저항 및 커패시턴스 측정용 프로브를 설치하고, 각 프로브에서 측정된 저항 및 커패시턴스를 이용해서 물과 오일, 가스의 볼륨 프랙션을 동시에 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다. As described above, according to the apparatus and method for measuring the volume fraction of flow in a pipe according to the present invention, a probe for measuring resistance and capacitance is installed inside a pipe having a three-phase flow, and the resistance and capacitance measured by each probe are used This has the effect that the volume fraction of water, oil, and gas can be measured simultaneously.
즉, 본 발명에 의하면, 종래에 가스와 물, 가스와 오일과 같이 이상의 볼륨 프랙션을 측정하기 위해 별도의 장비를 마련할 필요없이, 하나의 측정장치를 이용하여 삼상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 동시에 측정함에 따라, 제작 비용을 절감하고, 측정시간을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다. That is, according to the present invention, there is no need to prepare separate equipment to measure the volume fraction of an abnormality such as gas and water, gas and oil in the prior art, and a volume fraction of each phase in a three-phase flow using one measuring device By simultaneously measuring , the effect of reducing the manufacturing cost and minimizing the measurement time is obtained.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 삼상 유동에서 측정된 각 상의 볼륨 프랙션을 이용해서 배관 내부의 유동 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있다는 효과가 얻어진다.
Accordingly, according to the present invention, it is possible to precisely monitor the flow state inside the pipe using the volume fraction of each phase measured in the three-phase flow.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치의 구성도,
도 2는 제1 측정회로의 회로도,
도 3은 제2 측정회로의 회로도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법을 단계별로 설명하는 공정도. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring the volume fraction of flow in a pipe according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram of a first measurement circuit;
3 is a circuit diagram of a second measurement circuit;
Figure 4 is a process diagram for explaining step-by-step the volume fraction measurement method of the flow in the pipe according to a preferred embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치 및 측정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, an apparatus and method for measuring the volume fraction of flow in a pipe according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 가스, 오일, 물의 삼상 유동을 갖는 배관 내부에서 전도성 물질인 물과 비 전도성 물질인 가스 및 오일 사이의 저항 차이를 이용해서 물의 비율을 먼저 측정하고, 가스와 오일 사이의 유전율 차이를 이용해서 가스와 오일의 비율을 측정해서 각 상 볼륨 프랙션을 측정한다. In the present invention, the ratio of water is first measured using the difference in resistance between water, which is a conductive material, and gas and oil, which is a non-conductive material, inside a pipe having a three-phase flow of gas, oil, and water, and the dielectric constant difference between gas and oil is used. Thus, the ratio of gas to oil is measured to determine the volume fraction of each phase.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치의 구성도이다. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring a volume fraction of a flow in a pipe according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 가스, 오일, 물의 삼상 유동을 갖는 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 제1 측정부(20), 배관(20) 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제2 측정부(30) 그리고 제1 및 제2 측정부(20,30)에서 측정된 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항과 커패시턴스를 이용해서 각 상의 볼륨 프랙션을 연산하는 연산유닛(40)을 포함한다. As shown in FIG. 1 , the volume
본 실시 예에서 배관(11)은 해양플랜트를 이용해서 생산된 원유를 이송하는 수평이송관으로 마련될 수 있다. In this embodiment, the
제1 측정부(20)는 미리 설정된 간격만큼 이격되게 설치되어 저항을 측정하는 제1 및 제2 프로브(21)와 제1 및 제2 프로브(21,22)에서 출력되는 제1 측정신호를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 제1 측정회로(23)를 포함할 수 있다. The
제1 및 제2 프로브(21,22)는 제1 측정회로(23)에서 직류 형태의 입력전원을 공급받아 삼상 유동의 저항을 측정할 수 있도록 전도체 재질의 재료로 제조될 수 있다. The first and
본 실시 예에서 제1 및 2 프로브(21,22)는 물, 오일, 가스에 의한 부식을 방지할 수 있도록 스테인리스 강(stainless steel)과 같이 내부식성을 갖는 재질의 재료로 제조될 수 있다.In this embodiment, the first and
제1 및 제2 프로브(21,22) 사이의 거리(d1)가 좁을수록 출력 신호의 감도가 향상된다. As the distance d1 between the first and
다만, 본 실시 예에서 제1 및 제2 프로브(21,22)는 배관(11) 내부의 유동에 의해 서로 접촉되지 않을 정도의 거리만큼 이격되어 설치될 수 있다. However, in the present embodiment, the first and
실제 제품을 이용한 측정 결과에 따르면, 제1 및 제2 프로브(21,22) 사이의 거리(d1)가 배관(11) 직경(D)의 약 1/50을 초과하면, 제1 및 제2 프로브(21,22) 사이의 신호 민감도가 현저하게 저하됨을 알 수 있다. According to the measurement result using an actual product, when the distance d1 between the first and
이에 따라, 본 실시 예에서는 제1 및 제2 프로브(21,22) 사이의 거리(d1)는 배관 직경(D)의 약 1/200 내지 1/50의 범위로 설정될 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, the distance d1 between the first and
도 2는 제1 측정회로의 회로도이다. 2 is a circuit diagram of a first measurement circuit.
제1 측정회로(23)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 프로브(21,22)에서 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항(Rx)을 측정한 제1 측정신호(Vi1)가 반전단자(-)에 입력되는 제1 연산증폭기(OP1), 제1 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)와 제1 출력단(25) 사이에 연결되는 기준 저항(R0)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the
제1 연산증폭기(OP1)의 비반전단자(+)는 기저전위라인(GND)에 연결될 수 있다. The non-inverting terminal (+) of the first operational amplifier OP1 may be connected to the ground potential line GND.
제1 측정회로(23)는 제1 입력단(24)을 통해 입력되는 직류신호 형태의 측정신호(Vi1)를 이용해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항(Rx)을 측정할 수 있다. The first measurement circuit 23 may measure the resistance (R x ) of the three-phase flow inside the
이러한 제1 측정회로(23)의 제1 출력단(25)은 연산유닛(40)과 연결되고, 아날로그 신호 형태의 제1 출력신호(Vo1)를 출력할 수 있다. The
제1 측정회로의 출력단에서 출력되는 제1 출력신호는 제1 입력단을 통해 입력되는 제1 측정신호를 이용해서 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. The first output signal output from the output terminal of the first measurement circuit may be expressed as Equation 1 below using the first measurement signal input through the first input terminal.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Zo는 기준 저항 및 커패시터의 전체 임피던스, Zx는 삼상 유동의 임피던스. where Z o is the total impedance of the reference resistor and capacitor, and Z x is the impedance of the three-phase flow.
이와 같이 구성되는 제1 측정회로(23)는 주파수(w)가 '0'인 직류신호 형태의 측정신호(Zx=Rx)를 사용함에 따라, 제1 측정신호(Vi1)의 커패시턴스(Cx) 성분을 무시하고, 오직 저항(Rx) 성분만 측정한다. As the
즉, 가스와 오일은 비전도성 물질이고, 물은 전도성 물질이므로, 제1 측정신호(Vi1)는 아래의 수학식 2와 같이 배관(11) 내부 삼상 유동에서 물의 비율에 비례하여 증가한다.That is, since gas and oil are non-conductive materials and water is a conductive material, the first measurement signal V i1 increases in proportion to the ratio of water in the three-phase flow inside the
[수학식 2][Equation 2]
여기서, 1/Rx은 물의 높이(hw)에 비례한다. Here, 1/R x is proportional to the height of the water (h w ).
따라서, 본 발명은 실제 측정 전에 캘리브레이션 과정을 통해 물의 높이를 0 내지 100%로 변화시키면서 제1 측정신호(Vi1)의 전압값을 매칭시킨 룩업 테이블(lookup table)을 이용해서 제1 및 제2 프로브(21,22)의 제1 측정신호(Vi)에 대한 물의 비율을 산출할 수 있다. Therefore, the present invention uses a lookup table in which the voltage value of the first measurement signal Vi1 is matched while changing the height of water from 0 to 100% through a calibration process before the actual measurement using the first and second lookup tables. the proportion of water for a first measurement signal (V i) of the probe (21, 22) can be calculated.
다시 도 1에서, 제2 측정부(30)는 미리 설정된 간격만큼 이격되게 설치되어 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제3 및 제4 프로브(31,32)와 제3 및 제4 프로브(31,32)에서 출력되는 제2 측정신호를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제2 측정회로(33)를 포함할 수 있다.Again in FIG. 1 , the
제3 및 제4 프로브(31,32)는 제2 측정회로(33)에서 교류 형태의 입력전원(VAC)을 공급받아 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정할 수 있도록 전도체 재질의 재료로 제조된 코어의 외면을 합성수지 재질 등의 절연물질을 코팅해서 상기 코어를 절연한다.The third and
예를 들어, 제3 및 제4 프로브(31,32)의 코어는 스테인리스 강(stainless steel)과 같이 내부식성을 갖는 재질의 재료로 제조되고, 상기 코어의 외면에는 에폭시를 코팅한 코팅층이 형성될 수 있다. For example, the cores of the third and
여기서, 상기 코팅층은 두께가 너무 얇을수록 코팅물질에 인가되는 전기장이 적기 때문에, 출력신호의 감도를 높게 유지할 수 있으나, 코팅층의 두께가 과도하게 얇은 경우, 측정 과정에서 코팅층이 손상되는 문제가 있다. Here, as the thickness of the coating layer is too thin, since the electric field applied to the coating material is small, the sensitivity of the output signal can be maintained high, but when the thickness of the coating layer is excessively thin, the coating layer is damaged during the measurement process.
이에 따라, 코팅층의 두께는 실제 제품을 이용한 측정 실험 결과에 따라 다양하게 조절될 수 있다. Accordingly, the thickness of the coating layer may be variously adjusted according to the results of measurement experiments using actual products.
그리고 제3 및 제4 프로브(31,32) 사이의 거리(d2)는 배관 직경(D)의 약 1/200 내지 1/50의 범위로 설정될 수 있다.In addition, the distance d2 between the third and
한편, 제1 및 제2 프로브(21,22)와 제3 및 제4 프로브(31,32) 사이의 거리가 짧아지면, 전자기적인 간섭으로 인해 측정신호의 레벨이 커짐에 따라, 측정값의 정확도가 저하된다. On the other hand, when the distance between the first and
반면, 제1 및 제2 프로브(21,22)와 제3 및 제4 프로브(31,32) 사이의 거리(d3)가 길어지면, 각 프로브(21,22,31,32)가 배관(11) 외측으로 이동함에 따라 각 프로브(21,22,31,32)를 이용해서 측정하지 못하는 범위가 증가하는 문제가 있다. On the other hand, when the distance d3 between the first and
실제 제품을 이용한 측정 결과에 따르면, 제1 및 제2 프로브(21,22)와 제3 및 제4 프로브(31,32) 사이의 거리(d3)가 배관(11) 직경(D)의 약 1/3을 초과하면, 배관(11) 내부 삼상 유동의 볼륨 프랙션을 정확하게 측정하기 어려워진다. According to the measurement result using an actual product, the distance d3 between the first and
이에 따라, 본 실시 예에서 제1 및 제2 프로브(21,22)와 제3 및 제4 프로브(31,32) 사이의 거리(d3)는 배관(11) 직경의 약 1/30 내지 약 1/3의 범위로 설정될 수 있다. Accordingly, in the present embodiment, the distance d3 between the first and
도 3은 제2 측정회로의 회로도이다. 3 is a circuit diagram of a second measurement circuit.
제2 측정회로(33)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 및 제4 프로브(31,32)에서 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정한 제2 측정신호(Vi2)가 반전단자(-)에 입력되는 제2 연산증폭기(OP2), 제2 연산증폭기(OP2)의 반전단자(-)와 제2 출력단(35) 사이에 서로 병렬로 연결되는 기준 저항(R0) 및 기준 커패시터(C0)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3 , the
제2 연산증폭기(OP2)의 비반전단자(+)는 기저전위라인(GND)에 연결될 수 있다. The non-inverting terminal (+) of the second operational amplifier OP2 may be connected to the ground potential line GND.
제2 측정회로(33)는 제2 입력단(34)을 통해 입력되는 교류신호 형태의 제2 측정신호(Vi2)를 이용해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정할 수 있다. The second measurement circuit 33 can measure the capacitance (C x ) of the three-phase flow inside the
이러한 제2 측정회로(33)의 제2 출력단(35)은 연산유닛(40)과 연결되고, 아날로그 신호 형태의 제2 출력신호(Vo2)를 출력할 수 있다. The
제2 측정회로(30)의 제2 출력단(35)에서 출력되는 제2 출력신호(Vo2)는 제2 입력단(34)을 통해 입력되는 제2 측정신호(Vi2)를 이용해서 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. The second output signal (V o2 ) output from the second output terminal (35) of the second measurement circuit (30) is calculated using the second measurement signal (V i2 ) input through the second input terminal (34) as shown below. It can be expressed as Equation 3.
[수학식 3][Equation 3]
제2 측정회로(30)는 입력되는 제2 측정신호(Vi2)의 기준 주파수 w>1/CoRo와 삼상 유동 주파수 W>1/CxRx를 대응시켜 제2 측정신호(Vi2)에서의 저항(Rx) 성분을 무시하고, 오직 커패시턴스(Cx) 성분만 측정한다. The
이에 따라, 제2 측정회로(30)의 제2 출력신호(Vo2)는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. Accordingly, the second output signal V o2 of the
[수학식 4][Equation 4]
여기서, 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스 Cx는 εoho, εwhw, εghg에 비례한다. Here, the capacitance C x of the three-phase flow inside the pipe is proportional to ε o h o , ε w h w , and ε g h g .
상기 εo, εw, εg는 각각 오일과 물, 가스의 유전율이고, hw는 제1 측정회로를 이용해서 측정된 물의 높이이다.The ε o , ε w , and ε g are dielectric constants of oil, water, and gas, respectively, and h w is the height of water measured using the first measurement circuit.
따라서, 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)는 오일의 높이(ho)에 대해 아래의 수학식 5와 같이 정리될 수 있다. Therefore, the capacitance (C x) of the three-phase flow inside the
[수학식 5][Equation 5]
여기서, Ao는 비례상수, hg= hT-hw-ho, hT는 물, 오일, 가스의 전체 높이, 즉 배관의 내경.where A o is the proportionality constant, h g = h T -h w -h o , h T is the total height of water, oil and gas, that is, the inner diameter of the pipe.
또한, 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)는 가스의 높이(hg)에 대해 아래의 수학식 6과 같이 정리될 수 있다. In addition, the capacitance (C x ) of the three-phase flow inside the
[수학식 6][Equation 6]
이에 따라, 연산유닛(40)은 수학식 5와 수학식 6를 이용해서 오일과 가스의 볼륨 프랙션을 각각 산출할 수 있다. Accordingly, the
이러한 연산유닛(40)은 제1 및 제2 측정회로(23,33)에서 출력되는 제1 및 제2 출력신호(Vo1,Vo2)를 연산해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 각 상 볼륨 프랙션을 산출하는 컴퓨터 단말로 마련될 수 있다. The
예를 들어, 연산유닛(40)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 측정회로(23,33)에서 출력되는 아날로그 신호 형태의 제1 및 제2 출력신호(Vo1,Vo2)를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(이하 'A/D 컨버터'라 함)(41), 연산 작업을 통해 물의 높이(hw) 및 볼륨 프랙션과 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 제어부(42) 및 제어부(42)의 연산 작업을 수행하는 프로그램과 룩업 테이블을 저장하는 저장부(43)를 포함할 수 있다.
For example, as shown in FIG. 1 , the
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법을 상세하게 설명한다. Next, with reference to FIG. 4, a method for measuring the volume fraction of flow in a pipe according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법을 단계별로 설명하는 공정도이다. 4 is a flowchart illustrating a method for measuring a volume fraction of flow in a pipe according to a preferred embodiment of the present invention step by step.
먼저, S10단계에서 물, 오일, 가스의 삼상 유동을 갖는 배관(11) 내부에 제1 내지 제4 프로브(21,22,31,32)가 설치된다.First, in step S10, first to
이때, 제1 및 제2 프로브(21,22)와 제3 및 제4 프로브(31,32)는 각각 배관(11) 내부의 유동에 의해 서로 접촉되지 않도록 미리 설정된 거리(d1,d2)만큼 이격되어 설치되고, 제1 및 제2 프로브(21,22)와 제3 및 제4 프로브(31,320는 미리 설정된 거리(d3)만큼 이격되어 설치된다. At this time, the first and
S12단계에서 제1 측정회로(23)는 제1 및 제2 프로브(21,22)에 직류전원을 공급해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항(Rx)을 측정한다. In step S12 , the
여기서, 제1 측정회로(23)는 제1 및 제2 프로브(21,22)에서 출력되는 제1 측정신호(Vi1)를 이용해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항(Rx)을 측정한다. Here, the first measurement circuit 23 measures the resistance (R x ) of the three-phase flow inside the
이때, 제1 측정회로(23)는 제1 측정신호(Vi1)를 이용해서 상기의 수학식 2에 따라 배관(11) 내부 삼상 유동의 저항(Rx)을 측정할 수 있다. At this time, the
S14단계에서 제2 측정회로(33)는 제3 및 제4 프로브(31,32)에 교류전원을 공급해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정한다. In step S14, the
여기서, 제2 측정회로(33)는 제3 및 제3 프로브(31,32)에서 출력되는 제2 측정신호(Vi2)를 이용해서 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정한다. Here, the second measurement circuit 33 measures the capacitance (C x ) of the three-phase flow inside the
이때, 제2 측정회로(33)는 제2 측정신호(Vi2)를 이용해서 상기의 수학식 4에 따라 배관(11) 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정할 수 있다. In this case, the
그러면, 연산유닛(40)의 A/D 컨버터(41)는 아날로그 신호 형태의 제1 및 제2측정신호(Vi1,Vi2)를 디지털 신호로 변환하고, 제어부(42)는 측정된 저항값과 저장부(43)에 저장된 룩업 테이블을 비교해서 물의 높이(hw) 및 볼륨 프랙션을 산출한다(S16). Then, the A/
이어서, 제어부(42)는 측정된 커패시턴스(Cx)를 상기의 수학식 5 및 수학식 6에 대입해서 오일과 가스의 볼륨 프랙션을 산출한다(S18). Next, the
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 삼상 유동을 갖는 배관 내부에 저항 및 커패시턴스 프로브를 설치하고, 각 프로브에서 측정된 저항과 커패시턴스를 이용해서 물과 오일, 가스의 볼륨 프랙션을 동시에 산출할 수 있다. Through the process as described above, the present invention installs a resistance and capacitance probe inside a pipe having a three-phase flow, and calculates the volume fraction of water, oil, and gas at the same time using the resistance and capacitance measured by each probe. can
상기의 실시 예에서는 배관 내부의 물, 오일, 가스 삼상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 측정하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Although the above embodiment has been described as measuring the volume fraction of each phase in the three-phase flow of water, oil, and gas inside the pipe, the present invention is not necessarily limited thereto.
즉, 본 발명은 삼상 유동뿐만 아니라, 사상 이상의 다상 유동에서 각 상의 볼륨 프랙션을 측정할 수 있도록 변경될 수도 있다. That is, the present invention may be modified to measure the volume fraction of each phase not only in a three-phase flow, but also in a multi-phase flow with more than one phase.
본 발명은 삼상 유동을 갖는 배관 내부에 저항 및 커패시턴스 측정용 프로브를 설치하고, 각 프로브에서 측정된 저항과 커패시턴스를 이용해서 물과 오일, 가스의 볼륨 프랙션을 동시에 산출하는 기술에 적용된다. The present invention is applied to a technique of installing a probe for measuring resistance and capacitance inside a pipe having a three-phase flow, and calculating the volume fraction of water, oil, and gas at the same time using the resistance and capacitance measured by each probe.
10: 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치
11: 배관 20: 제1 측정부
21,22: 제1,제2 프로브 23: 제1 측정회로
24: 제1 입력단 25: 제1 출력단
30: 제2 측정부 31,32: 제3,제4 프로브
33: 제2 측정회로 34: 제2 입력단
35: 제2 출력단 40: 연산유닛
41: A/D 컨버터 42: 제어부
43: 저장부 Rx: 배관 내부 삼상 유동의 저항
Cx: 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스
R0: 기준 저항 C0: 기준 커패시터
OP1,OP2: 제1,제2 연산 증폭기 VDC, VAC: 직류, 교류 입력전원
Vi1,Vi2: 제1,제2 측정신호 Vo1,Vo2: 출력신호10: Volume fraction measurement device of flow in the tube
11: pipe 20: first measuring part
21, 22: first, second probe 23: first measuring circuit
24: first input terminal 25: first output terminal
30: second measuring
33: second measuring circuit 34: second input terminal
35: second output stage 40: arithmetic unit
41: A/D converter 42: control unit
43: storage R x : resistance of three-phase flow inside the pipe
C x : capacitance of three-phase flow inside the pipe
R 0 : Reference resistance C 0 : Reference capacitor
OP1, OP2: 1st, 2nd operational amplifier V DC , V AC : DC, AC input power
V i1 ,V i2 : first and second measurement signals V o1 ,V o2 : output signal
Claims (13)
상기 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제2 측정부 그리고
상기 제1 및 제2 측정부에서 측정된 배관 내부 삼상 유동의 저항과 커패시턴스를 이용해서 각 상의 볼륨 프랙션을 연산하는 연산유닛을 포함하며,
상기 연산유닛은 상기 제2 측정부에서 교류신호 형태로 되는 제2 출력신호를 수학식 1 및 수학식 2에 대입해서 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.
...[수학식 1]
...[수학식 2]
여기서, Cx는 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스, Ao는 비례상수, hw, ho, hg는 각각 물, 오일, 가스의 높이, hT는 물, 오일, 가스의 전체 높이, εw, εo, εg는 각각 물, 오일, 가스의 유전율.A first measuring unit for measuring the resistance of the three-phase flow inside the pipe having the three-phase flow,
a second measuring unit for measuring the capacitance of the three-phase flow inside the pipe; and
and an arithmetic unit for calculating the volume fraction of each phase using the resistance and capacitance of the three-phase flow inside the pipe measured by the first and second measuring units,
The arithmetic unit calculates the volume fraction of oil and gas by substituting the second output signal in the form of an AC signal from the second measurement unit into Equations 1 and 2 measuring device.
...[Equation 1]
...[Equation 2]
where C x is the capacitance of the three-phase flow inside the pipe, A o is a proportional constant, h w , h o , h g are the heights of water, oil, and gas, respectively, h T is the total height of water, oil, and gas, ε w , ε o , and ε g are the permittivities of water, oil, and gas, respectively.
미리 설정된 간격만큼 이격되게 설치되어 저항을 측정하는 제1 및 제2 프로브와
상기 제1 및 제2 프로브에서 출력되는 제1 측정신호를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 제1 측정회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.The method of claim 1, wherein the first measuring unit
First and second probes installed to be spaced apart by a preset interval to measure resistance;
and a first measuring circuit for measuring the resistance of the three-phase flow inside the pipe by using the first measuring signal output from the first and second probes.
상기 제1 측정회로는 상기 제1 및 제2 프로브의 제1 측정신호가 반전단자에 입력되고 비반전단자는 기저전위라인에 연결되는 제1 연산증폭기와
상기 제1 연산증폭기의 반전단자와 출력단 사이에 연결되는 기준 저항을 포함하고,
제1 및 2 프로브는 전도체 재질의 재료로 제조되며,
상기 제1 및 제2 프로브 사이의 거리는 상기 배관 직경의 1/50 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.3. The method of claim 2,
The first measurement circuit includes a first operational amplifier in which first measurement signals of the first and second probes are input to an inverting terminal and a non-inverting terminal is connected to a ground potential line;
and a reference resistor connected between the inverting terminal and the output terminal of the first operational amplifier,
The first and second probes are made of a conductive material,
The volume fraction measuring apparatus of the pipe flow, characterized in that the distance between the first and second probes is set to 1/50 or less of the diameter of the pipe.
미리 설정된 간격만큼 이격되게 설치되어 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제3 및 제4 프로브와
상기 제3 및 제4 프로브에서 출력되는 제2 측정신호를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 제2 측정회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.The method of claim 2, wherein the second measuring unit
Third and fourth probes installed to be spaced apart by a preset interval to measure the capacitance of the three-phase flow inside the pipe;
and a second measurement circuit for measuring the capacitance of the three-phase flow inside the pipe by using the second measurement signals output from the third and fourth probes.
상기 제2 측정회로는 상기 제3 및 제4 프로브의 제2 측정신호가 반전단자에 입력되고 비반전단자는 기저전위라인에 연결되는 제2 연산증폭기와
상기 제2 연산증폭기의 반전단자와 출력단 사이에 서로 병렬로 연결되는 기준 저항 및 기준 커패시터를 포함하고,
상기 제3 및 제4 프로브의 코어는 전도체 재질의 재료로 제조되며,
상기 코어의 외면에는 절연물질을 코팅한 코팅층이 형성되고,
상기 제3 및 제4 프로브 사이의 거리는 상기 배관 직경의 1/50 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.5. The method of claim 4,
The second measurement circuit includes a second operational amplifier in which second measurement signals of the third and fourth probes are input to an inverting terminal and a non-inverting terminal is connected to a ground potential line;
and a reference resistor and a reference capacitor connected in parallel to each other between the inverting terminal and the output terminal of the second operational amplifier,
The cores of the third and fourth probes are made of a conductive material,
A coating layer coated with an insulating material is formed on the outer surface of the core,
The volume fraction measuring apparatus of the pipe flow, characterized in that the distance between the third and fourth probes is set to 1/50 or less of the diameter of the pipe.
상기 제1 및 제2 프로브와 제3 및 제4 프로브 사이의 거리는 상기 배관 직경의 1/3 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.6. The method of claim 5,
A distance between the first and second probes and the third and fourth probes is set to 1/3 or less of the diameter of the pipe.
상기 제1 및 제2 측정부에서 출력되는 아날로그 신호 형태의 측정신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터,
연산 작업을 통해 배관 내부 삼상 유동 중에서 물의 높이 및 볼륨 프랙션과 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 제어부 및
상기 연산 작업을 수행하는 프로그램을 저장하는 저장부를 포함하고,
상기 저장부에는 물의 높이를 변화시키면서 상기 제1 측정부에서 측정되는 제1 측정신호의 전압값을 매칭시킨 룩업 테이블이 저장되는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정장치.The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the arithmetic unit is
an analog-to-digital converter for converting the measurement signal in the form of an analog signal output from the first and second measurement units into a digital signal;
a control unit that calculates the height and volume fraction of water and the volume fraction of oil and gas among the three-phase flow inside the pipe through calculation operations; and
and a storage unit for storing a program for performing the arithmetic operation,
and a lookup table matching the voltage value of the first measurement signal measured by the first measurement unit while changing the height of the water is stored in the storage unit.
(b) 상기 배관 내부에 설치된 제3 및 제4 프로브를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스를 측정하는 단계,
(c) 상기 제1 및 제2 프로브에서 출력되는 직류신호 형태의 제1 측정신호를 이용해서 상기 삼상 유동 중 물의 높이 및 볼륨 프랙션을 산출하는 단계 및
(d) 상기 제3 및 제4 프로브에서 출력되는 교류신호 형태의 제2 측정신호를 이용해서 상기 삼상 유동 중 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 단계를 포함하며,
상기 (d)단계는 (d1) 제2 측정회로에서 교류신호 형태의 제2 측정신호를 이용해서 수학식 1에 따라 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스(Cx)를 측정하는 단계 및
(d2) 상기 (d1)단계에서 측정된 커패시턴스와 물, 오일, 가스의 높이 및 유전율을 이용해서 오일 및 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 (d1)단계에서 제2 측정신호의 기준 주파수(w)와 삼상 유동 주파수(W)는 w>1/CoRo, W>1/CxRx를 만족하는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법.
...[수학식 1]
여기서, Zo는 기준 저항(R0) 및 기준 커패시터(C0)의 전체 임피던스, Zx는 삼상 유동의 임피던스, C0는 기준 커패시터의 커패시턴스, Cx는 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스, Rx는 삼상 유동의 저항, Vi2는 제2 측정신호, Vo2는 제2 측정회로의 제2 출력신호.(a) measuring the resistance of the three-phase flow inside the pipe using the first and second probes installed inside the pipe having the three-phase flow;
(b) measuring the capacitance of the three-phase flow inside the pipe using the third and fourth probes installed inside the pipe;
(c) calculating the height and volume fraction of water during the three-phase flow by using the first measurement signal in the form of a DC signal output from the first and second probes; and
(d) calculating a volume fraction of oil and gas during the three-phase flow using a second measurement signal in the form of an AC signal output from the third and fourth probes;
The step (d) includes the steps of (d1) measuring the capacitance (C x ) of the three-phase flow inside the pipe according to Equation 1 using the second measurement signal in the form of an AC signal in the second measurement circuit;
(d2) calculating the volume fraction of oil and gas using the capacitance measured in step (d1) and the heights and dielectric constants of water, oil, and gas;
In-pipe flow, characterized in that the reference frequency (w) and the three-phase flow frequency (W) of the second measurement signal in step (d1) satisfy w>1/C o R o and W>1/C x R x . A method of measuring the volume fraction of
...[Equation 1]
where Z o is the total impedance of the reference resistance (R 0 ) and the reference capacitor (C 0 ), Z x is the impedance of three-phase flow, C 0 is the capacitance of the reference capacitor, C x is the capacitance of the three-phase flow inside the pipe, R x is the resistance of the three-phase flow, V i2 is the second measurement signal, V o2 is the second output signal of the second measurement circuit.
상기 제1 및 제2 프로브와 제3 및 제4 프로브 사이의 거리는 상기 배관 직경의 1/3 이하로 설정되고,
상기 제1 및 제2 프로브 사이의 거리와 상기 제3 및 제4 프로브 사이의 거리는 각각 상기 배관 직경의 1/50 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법.10. The method of claim 9,
a distance between the first and second probes and the third and fourth probes is set to 1/3 or less of the diameter of the pipe;
The volume fraction measurement method of the intra-pipe flow, characterized in that the distance between the first and second probes and the distance between the third and fourth probes are set to 1/50 or less of the diameter of the pipe, respectively.
(c1) 제1 측정회로에서 직류신호 형태의 제1 측정신호를 이용해서 배관 내부 삼상 유동의 저항을 측정하는 단계,
(c2) 상기 (c1)단계에서 측정된 저항값과 물의 높이별 출력신호의 전압값을 매칭시킨 룩업 테이블을 이용해서 물의 높이를 산출하는 단계 및
(c3) 상기 (c2)단계에서 산출된 물의 높이를 이용해서 물의 볼륨 프랙션을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법. 10. The method of claim 9, wherein step (c) is
(c1) measuring the resistance of the three-phase flow inside the pipe using the first measurement signal in the form of a DC signal in the first measurement circuit;
(c2) calculating the height of water using a lookup table in which the resistance value measured in step (c1) and the voltage value of the output signal for each height of water are matched; and
(c3) calculating the volume fraction of water using the height of water calculated in step (c2).
상기 (d2)단계는 상기 제2 측정신호를 수학식 2 및 수학식 3에 각각 대입해서 오일과 가스의 볼륨 프랙션을 산출하는 것을 특징으로 하는 관내 유동의 볼륨 프랙션 측정방법.
...[수학식 2]
...[수학식 3]
여기서, Cx는 배관 내부 삼상 유동의 커패시턴스, Ao는 비례상수, hw, ho, hg는 각각 물, 오일, 가스의 높이, hT는 물, 오일, 가스의 전체 높이, εw, εo, εg는 각각 물, 오일, 가스의 유전율.12. The method according to any one of claims 9 to 11,
In step (d2), the volume fraction of oil and gas is calculated by substituting the second measurement signal into Equations 2 and 3, respectively.
...[Equation 2]
...[Equation 3]
where C x is the capacitance of the three-phase flow inside the pipe, A o is a proportional constant, h w , h o , h g are the heights of water, oil, and gas, respectively, h T is the total height of water, oil, and gas, ε w , ε o , and ε g are the permittivities of water, oil, and gas, respectively.
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